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         利用澄清石灰水檢驗燃燒後的氣體是否具有二氧化碳實驗結束後,課本提出了兩個問句「我們呼出的氣體中,也含有二氧化碳嗎?」「將汽水倒入杯中,會冒出許多泡泡。要怎樣做才能確認她們是氧氣或二氧化碳?」看似簡單的兩個問句,其中的學問可不小,苦思許久如何才能讓學生對此產生興趣,主動學習,最後,決定放手一博,讓學生自由發揮。一堂課一個問句,在黑板上寫出實驗目的,介紹可以選擇的實驗器材後,讓學生以組別為單位自行設計實驗,提出論點,最後上台分享。

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        第一個實驗「呼出的氣體中含有二氧化碳嗎?」,實驗方法其實不難,不外乎利用已燃燒的線香或澄清石灰水檢驗,雖然每一組收集呼出氣體的做法或設備不盡相同,但如果使用石灰水實驗的組別都能使之變混濁,然而利用線香實驗者就不是那麼順利了,線香不會在第一時間熄滅,因此小組在報告時,很多組別都會不提此部分,因為小朋友覺得這是失敗的部分,或者會省略這短暫燃燒幾秒的時間,認為呼出的氣體最終還是讓線香熄滅,所以是二氧化碳。這個部分我一定會特別向報告的小組提出疑問(學生實驗時,老師一定要到各組巡視,發問,了解學生想法適時引導),也將問題拋給全班,線香沒有馬上熄滅,是實驗誤差還是另有原因呢?有沒有可能是廣口瓶或袋子中還有殘留部分空氣導致線香沒有馬上熄滅,要如何減少此誤差?克服了這個誤差仍有此現象,又該如何解釋?

檢驗二氧化碳實驗  

        第二個實驗「將汽水倒入杯中,會冒出許多泡泡。要怎樣做才能確認她們是氧氣或二氧化碳?」有了第一個實驗的經驗,大部分的組別一開始實驗便迫不及待的將30毫升汽水倒入20毫升的石灰水中,然後很驚訝的發現石灰水依然清澈沒有混濁,還好大部分的小朋友都沒有被打倒,仍繼續的尋找實驗方法,嘗試收集汽水中的氣體利用線香檢驗,這個實驗五個班級失敗率高達九成,然而實驗的失敗並沒有影響學生的學習興致,反而激起學生的興趣,這也是這兩節“自由”實驗最大的目的。

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        放了火就要滅火,實驗結束後最重要的就是討論,尤其是"失敗的實驗"。其實學生實驗構想並沒有錯誤,但因這個實驗有些小細節是學生所沒有的先備知識,所以做不出結果是在預期中的。

第一點:石灰水(氫氧化鈣)會與二氧化碳反應生成碳酸鈣與,碳酸鈣不溶於水,所以會呈現混濁現象。然而碳酸鈣懸濁液通入過量的二氧化碳時,會生成碳酸氫鈣溶液,碳酸氫鈣可溶於水,此時混合液又變清澈。

           Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O

CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2

第二點:氣體的溶解度在溫度高時,溶解度會變小,要將汽水中的氣體排出,最好的方式是利用加熱法。

第三點:汽水成分「碳酸水」,是指將大量二氧化碳直接加壓至水中。

汽水成分  

  學生實驗多直接把過量的汽水加入石灰水中,因此無法看到混濁現象,發現沒有效果後才嘗試線香法,然此時的二氧化碳已全反應成碳酸氫鈣,所以也無法讓線香熄滅,直接收集氣體者,也因收集的氣體量不足,失敗率很高。結束每班兩節的自由實驗課,在第三節課進行示範實驗,統一講解。

後記:畢業多年,許多學科知識都還給了老師,因著這次教學現場發現的問題,還特地撥電話請教大學教授,主動跟老師懺悔大學化學學得不夠仔細,很感動江慧真老師在電話中細心的解惑,數十年如一日的教學態度,真的讓我汗顏。

  

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